Расширяя границы Вселенной: История астрономии в задачах
Шрифт:
4.69. Основанием для суждения об удалённости Луны и планет от Земли являлась скорость их видимого движения по звёздному небу; предполагалось, что удалённые тела движутся медленнее, чем более близкие.
4.70. Ускорение свободного падения на расстоянии Луны Ньютон нашёл из кинематических данных, вычислив центростремительное ускорение Луны по расстоянию до неё (R60 радиусов Земли) и периоду обращения (T =1 месяц). Ускорение Луны оказалось примерно в 3600 раз меньше, чем ускорение свободного падения у поверхности Земли, что и привело к выводу о квадратичной зависимости силы от расстояния в законе всемирного тяготения (Кудрявцев, 1982, с. 109).
4.71. Колумб использовал Альманах Региомонтана (1474 г.), в котором
4.72. Поскольку редкие моменты лунных затмений и покрытий ярких звёзд и планет не позволяли морякам оперативно измерять долготу во время плавания, И. Вернер предложил новый метод, основанный на измерении расстояний от Луны до нескольких специально выбранных зодиакальных звёзд. Поскольку Луна перемещается за час приблизительно на свой диаметр (0,5°), эти расстояния быстро меняются и могут быть использованы как указатель местного времени в том пункте, для которого заранее составлены эфемериды Луны. Сравнив его с местным временем пункта наблюдения и учтя суточный параллакс Луны, можно определить долготу пункта.
Метод лунных расстояний совершенствовался в течение нескольких веков. Были составлены таблицы положения Луны и опорных звёзд как функция всемирного времени (которое вместе с Гринвичской обсерваторией как раз и появилось для определения долгот этим методом). Измеряя расстояния до Луны от избранных звёзд и от горизонта в данном месте Земли, можно определить местное время и долготу пункта. Наиболее точную теорию движения Луны для этой цели разработал Леонард Эйлер (1707–1783). По мере повышения точности теории возникла потребность и в усовершенствовании угломерного инструмента: вместо жезла Якобаи его развития — поперечного жезлабыл изобретён зеркальный секстант.Но полностью проблема определения долготы была решена только после изобретения морского хронометра.
4.73. Причина векового ускорения Луны анализировалась многими астрономами в течение трёх столетий. Парижская академия наук в 1770 г. даже объявила конкурс на лучшее объяснение этого явления. Его изучение, продолжающееся до сих пор, оказало сильное влияние на развитие всей небесной механики (Бронштэн, 1990). Частичное объяснение векового ускорения Луны было найдено в 1783 г. Лапласом: оно связано с вековым изменением эксцентриситета земной орбиты под действием возмущений от планет. Но главная причина была найдена в 1865 г. французским астрономом Шарлем Делоне (1816–1872), предположившим, что «ускорение Луны» лишь кажущееся и вызвано замедлением вращения Земли,которая до недавнего времени служила в астрономии точнейшими часами. Подобные лунным ускорения в движениях Солнца, Меркурия, Венеры и Марса, обнаруженные в XIX веке, подтвердили идею Делоне. Как он и предполагал, причиной замедления вращения Земли оказалось
4.74. Причиной физической либрации Луны служит её вытянутость вдоль направления к Земле. Из-за оптической либрации по долготе, имеющей чисто кинематическое происхождение (равномерное вращение вокруг оси и неравномерное обращение по эллиптической орбите), большая ось фигуры Луны не направлена постоянно на центр Земли. Поэтому со стороны Земли на выступы лунной поверхности действует момент силы, в одних положениях — тормозящий, а в других — ускоряющий вращение Луны.
4.75. Терминатор Луны представляется нам дугой эллипса, а в первой и последней четвертях — прямой линией. Форма терминатора в виде полуэллипса однозначно свидетельствует о шарообразности Луны.
4.76. Галилей сделал вывод о том, что поверхность Луны покрыта мелкими неровностями. Однако задолго до Галилея, основываясь на физическом эксперименте, к такому же выводу пришёл Плутарх (начало II в. н. э.).
4.77. Араго рассуждал так: поскольку общий цвет Луны желтоватый, то менее яркие пространства морей, очевидно, должны казаться зеленоватыми. Максимум чувствительности человеческого зрения при слабом освещении смещается в коротковолновую часть спектра.
4.78. Галилей указал, что при наблюдении вдоль поверхности горные гряды проецируются друг на друга, поэтому видимая зазубренность края лунного диска мала. Тем не менее, неровности края Луны можно обнаружить в телескоп.
4.79. В 1937 г. советский физик К. П. Станюкович доказал, что в момент удара метеорита о поверхность твёрдого космического тела происходит центрально — симметричный взрыв, поэтому форма образовавшегося кратера получается круглой. Американский астроном Р. Болдуин в 1949 г. также указал, что соотношение «диаметр— глубина» для воронок от бомб и снарядов, а также метеоритных и лунных кратеров подчиняется одному закону. Космические исследования подтвердили отсутствие активной вулканической деятельности на планетах и спутниках (кроме спутника Юпитера Ио) при обилии кратеров на них.
4.80. Причина эффекта Барабашова — Маркова заключается в изрытости лунной поверхности и наличии на ней множества камней, что и было подтверждено снимками Луны с космических аппаратов и прямыми исследованиями на лунной поверхности. В полнолуние тени от деталей рельефа не видны земному наблюдателю.
4.81. Приведённые Кеплером сведения практически верны. На лунном небе Земля почти неподвижна. Для наблюдателя на большей части лунной поверхности Земля не восходит и не заходит. Солнечные сутки на Луне (равные 29,5 земных суток) почти поровну делятся между днём и ночью, как на Земле в дни равноденствий, поскольку угол между плоскостью лунного экватора и плоскостью эклиптики составляет всего 1°30'.
4.82. Расчёт Кеплера верен: невидимость полной Луны действительно возможна в Исландии в летнее время, когда та часть эклиптики, вблизи которой проходит Луна в полнолуние, лежит южнее небесного экватора на 23,5°. Кроме того, для этого узлы лунной орбиты должны быть расположены так, чтобы в полнолуние Луна была на 5° ниже эклиптики.
4.83. Галилей безусловно прав в том, что, будь планеты зеркальными шарами, мы не увидели бы их дисков, а заметили бы только отражённое ими изображение Солнца. Однако суммарный блеск планеты от этого почти не изменился бы. Рассмотрев отражение параллельного пучка света от зеркального шара, мы увидим, что рассеянный свет равномерно распределяется в полном телесном угле 4. А шар с шероховатой поверхностью большую часть света отбрасывает в направлении источника. Именно поэтому Луна особенно ярка вблизи полнолуния. Однако и «зеркальная Луна» светила бы не намного слабее, хотя выглядела бы не как диск, а как очень яркая звезда с угловым размером всего 4'' (детальный расчёт см.: Сурдин, 1995, задача 7.40).